СВОБОДНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК F02B71/00 F03G3/00 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания.

Известная конструкция двигателя внутреннего сгорания представляет собой относительно жесткую конструкцию превращения поступательного движения поршня во вращательное, которое передается через трансмиссию к транспортному средству [1].

Данное техническое решение представляет собой сложную конструкцию, приводящую к значительным затратам на изготовление деталей, приводит к потерям в КПД за счет трения.

Известен двухтактный двигатель с двумя впускными клапанами для продувки цилиндра воздухом и наполнения топливной смесью [2].

Конструкция изобретения обеспечивает вентиляцию камеры сгорания от отработанных газов, более полное сгорание топливной смеси, что усложняет в двигателе конструкцию и решает узкие задачи.

Известны конструкции двигателя внутреннего сгорания, в которых меняется степень сжатия [3].

Однако это требует дополнительных устройств и не имеет широкого диапазона применения различных видов топлива.

Известен свободно-поршневой двигатель, где обратный ход поршня осуществляется под действием энергии сжатого воздуха, сжатый воздух производит также продувку цилиндра [4].

Данный двигатель незначительно уменьшает ускорение, передаваемое от поршня к потребителю энергии, и не может быть широко применен для нужд транспорта.

Цель изобретения состоит в трансформации поступательного движения поршня с большим ускорением в поступательное движение агрегата двигателя и транспортного средства с малым ускорением и увеличении времени действия тяглового усилия, обеспечении независимой работы каждого агрегата двигателя.

Это достигается тем, что прямодействующий свободно-поршневой двигатель внутреннего сгорания располагается в направлении движения транспортного средства и передает энергию от поршня, кинематически связанного с энергоаккумулятором, системе клапанов. Двигатель содержит амортизаторы и потребитель энергии.

Технический результат позволяет обеспечить упрощение конструкции, повысить эффективность, применять технологию, детали и материалы обычного двигателя (гильзы, поршня, кольца, клапаны, седла клапанов, их направляющие и т.д.).

Сущность изобретения поясняется схемами на фиг. 1-6 по обеспечению рабочего цикла агрегата двигателя и фиг. 7 - расположение агрегата на двигателе.

На фиг. 1-6 обозначены цилиндр 1, выпускной клапан 2 системы высокого давления, амортизатор 3, масляный клапан 4, энергоаккумулятор 5, поршень 6, выпускной клапан 7, воздушный клапан 8, клапан 9 топливной смеси, масляный клапан 10, клапан 11 системы высокого давления.

На фиг. 7 обозначены крестовины 1, амортизатор 2 основной, кронштейн 3 крепления агрегата двигателя, агрегат 4 двигателя.

Двигатель состоит из отдельных агрегатов, набираемых в зависимости от требуемой мощности. Каждый агрегат работает независимо друг от друга и состоит из цилиндра 1, в котором находится поршень 6, соединенный посредством пальца с энергоаккумулятором 5, который принимает и передает усилие амортизатору 3. Герметичность агрегата двигателя обеспечивается головкой с клапанами 8 и 9 и кронштейном 3 (фиг.7) с клапанами 2, 11 и закрепленном на нем амортизаторе 3 (фиг. 1-6).

Для осуществления работы двигателя необходимы система низкого давления воздуха, система высокого давления отработанных газов, система смазки, система питания, система выпуска отработанных газов, система охлаждения. Все эти системы едины для всех агрегатов.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На фиг. 1 проиллюстрирована продувка цилиндра воздухом под давлением 8-10 КПа через клапан 8, выпускной клапан 7 открыт. Клапаны 2, 9, 1 закрыты. Через открытый клапан 4 под давлением поступает масло в пространство, ограниченное кольцами энергоаккумулятора и поршня. Отработанное масло уходит в масляную систему через клапан 10.

На фиг. 2 показано наполнение цилиндра топливной смесью полости 11, клапаны 7, 8 закрыты, клапан 9 открыт; на фиг. 3 - сжатие, через дозирующий жиклер отработанный газ из системы высокого давления поступает через клапан 11 плавно в полость 1, что обеспечивает сжатие топливной смеси в полости 11, необходимой для создания степени сжатия заданного вида топлива; клапаны 4, 10, 8, 9 закрыты.

Фиг. 4 - поясняет воспламенение топливной смеси.

Под воздействием давления газов в полости 11 поршень передает усилие энергоаккумулятору 5 (фиг. 5). В полости 1 кольцами энергоаккумулятора 5 создается давление, под действием которого газ через клапан 2 возвращается в систему высокого давления. Клапан 11 закрыт.

Энергоаккумулятор 5 передает энергию амортизатору 3 (фиг. 6). Сила противодействия амортизатора 3 гасится давлением отработанных газов по мере выхода их через клапан 7 до снижения давления в полости 11 менее чем на 8-10 КПа. Далее начинаются процессы, изображенные на фиг. 1.

Недостатком в предложенном механизме работы двигателя является необходимость поиска вращательного момента для обеспечения работы дополнительных устройств.

Устраняется это, например, на автомобиле приводом генератора, насоса охлаждающей жидкости, компрессора, вентилятора от колес или расчета работы этих устройств от колебания основного амортизатора. Для работы отопителя на автомобиле без его движения возможно использование автономного отопителя.

К преимуществам относится возможность менять мощность двигателя количеством силовых агрегатов, их независимая работа, регулируемая степень сжатия позволяет применять бензины всех марок, газ, дизельное топливо, керосин. Двигатель может работать в условиях детонации. Меньшая металлоемкость, использование деталей и технологий обычного двигателя внутреннего сгорания - достоинство предлагаемой конструкции.

Источники информации
1. Илларионов В.А. Теория и конструкция автомобиля, М., 1986 г.

2. Патент ФРГ(ДЕ), 3837802, кл. F 02 B 25/04, 23/20, 33/04, 1990.

3. Демидов В.П. Двигатели с переменной степенью сжатия. М., 1978.

4. SU. Патент N 550128, кл. F 02 B 71/00, 1977.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано для установки на транспортных средствах. Двигатель содержит поршень, размещенный в цилиндре и кинематически связанный с энергоаккумулятором, амортизатором, систему клапанов и потребитель энергии. Между цилиндрами двигателя и потребителем энергии дополнительно размещен амортизатор, преобразующий энергию колебаний поршня двигателя в линейные перемещения транспортного средства. 7 ил.

Прямодействующий свободно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий размещенный в цилиндре поршень, кинематически связанный с энергоаккумулятором, амортизатор, систему клапанов и потребитель энергии, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен амортизатором двигателя, размещенным между цилиндром и потребителем энергии.